CN110580616A - 一种基于5g及物联网的人工智能云计算水环境管理平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，包括：基于精细化水环境监测网络、5G传输技术、多源异构数据集成技术构建的水环境大数据物联网感知系统；用以存储与水环境相关多源数据的水环境综合管理数据库；基于多种水文、水动力、水质模型和云计算的水环境综合模拟系统；基于人工智能大数据挖掘方法、相关分析和多目标决策方法的水环境智慧化管理系统。本发明可以全面提升环境监测、智慧管理、智能交互的整体水平，为水环境管理决策提供多层次和多功能的智慧服务，弥补了传统水环境监管平台的空白。
Description
技术领域
本发明涉及水环境管理技术领域，特别涉及一种基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台。
背景技术
随着5G时代的来临，大容量、低时延、泛在网的网络传输变为现实，基于大数据、云计算、物联网等的新一代信息技术，将为水环境治理水平和能力的提升带来巨大的新机遇。
目前，一方面由于我国涉水管理部门众多，缺乏统筹协调，以往的信息化建设由各个部门分散独立进行，形成了众多的数据“孤岛”。与此同时，源于互联网、物联网、跨部门共享的各类涉水环境管理数据资源尚未得到系统梳理和有效整合，导致大量流域水环境管理相关数据资源难以得到合理开发利用，严重制约了各类数据资源在水环境综合管理决策中作用的发挥。目前，对流域水环境管理平台的研究仍处于起步阶段，由于长期监测数据基础薄弱且预警和评估决策的信息化和智能化水平不高，导致相关模拟成果在流域水环境管理信息系统中应用的局限性很大，难以有效发挥模型技术的决策支持作用。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，包括：
水环境大数据物联网感知系统、水环境综合管理数据库、水环境综合模拟系统和水环境智慧化管理系统，其中，
所述水环境大数据物联网感知系统：通过部署监测设备，结合人工或自动测站的监测方式，并部署反馈及发布设备，基于5G数据传输技术和物联网技术，组成精细化水环境监控网络，构建水环境大数据物联网感知系统；
所述水环境综合管理数据库：包括数据库和前后预处理模块，用于存储并处理通过水环境大数据物联网感知系统监测的水环境相关数据、水环境综合模拟系统的模拟结果、水环境智慧化管理系统的分析结果；
所述水环境综合模拟系统：通过嵌套多种陆域水文和水质模型，耦合适用于不同类型水体的水动力-水环境模型，进行从流域到水体多尺度、全过程的水量、水质与水生态过程动态模拟，基于云计算技术提供水环境信息的模拟和预报；
所述水环境智慧化管理系统：基于水环境综合模拟系统的模拟和预报结果，采用人工智能大数据挖掘方法、相关分析和多目标决策方法进行分析和决策，并将分析和评估决策的结果发至水环境大数据物联网感知系统进行发布，并对反馈信息进行智能分析，实现高效的应急预警、快速溯源和评估决策，提高决策能力并实现自动化监控监管。
进一步，所述水环境综合管理数据库存储的水环境相关数据，来自水文和水环境监测站、物联网实时监测设备、网络爬虫多源多类型多尺度的软硬技术设备，以及水环境综合模拟系统的模拟结果和水环境智慧化管理系统的分析结果。
进一步，所述水环境大数据物联网感知系统，包括监测设备和信息反馈及发布设备，通过5G网络技术传输海量监测数据和反馈及发布数据。
进一步，采用多源异构数据集成技术构建的水环境大数据物联网感知系统。
进一步，所述监测设备包括但不限于：水质微型监测站、无人机、无人船。
进一步，所述水环境综合模拟系统基于一种或多种不同类型和不同尺度的水文模型、水动力模型、水质模型，采用嵌套和耦合方式，适用于云计算的水环境综合模拟系统，实现常态水环境模拟和突发水污染事件的应急模拟和预报。
进一步，所述水环境智慧化管理系统基于人工智能方法，对模拟和预测所得数据信息进行分析评估，并生成决策信息，传输给水环境大数据物联网感知系统，向相关部门及公众进行信息发布，并对反馈信息进行智能分析，从而对预警和决策进行补充和修正。
根据本发明实施例的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，通过整装基于物联网的数据监测与信息发布、基于5G技术的数据传输和多设备接入、基于云计算的多类型多尺度模型的综合模拟、基于人工智能方法的即时智能管理，即采用物联网监测水环境实时变化，借助5G网络实现实时数据高效传输和多设备接入，利用云计算和多模模拟技术实现高效应急预报，通过人工智能管理评估分析预报结果实现快速溯源、应急预警、决策支持，再通过物联网及时发布预报预警信息并接收相关部门和公众的反馈意见，组成一套适用于水环境智能化管理的“5G数据+”平台框架，可以全面提升环境监测、智慧管理、智能交互的整体水平，为水环境管理决策提供多层次和多功能的智慧服务。本发明弥补了传统水环境监管平台的空白，是对流域水环境综合监测与管理这一重大科学问题的初步探索，对5G技术与物联网的业务融合又是一个重大推进，推动水环境监测与管理技术的发展，支撑流域水环境监管，对未来该领域的相关研究工作具有一定的指导借鉴作用，具有重要的科学价值，对我国水污染防治工作具有重要指导意义，同样具有十分重要的生态价值和现实意义。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台的结构图；
图2为根据本发明实施例的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台的示意图；
图3为根据本发明实施例的水环境管理平台各个系统之间的数据交互示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
由于物联网结合5G通信技术具有监测范围广、速度快等优势，可以极大提高人力、物力成本的使用效率，同时，基于云计算和人工智能技术，可以完成预报预警、快速溯源、决策指挥调度等操作。
基于此，本发明提出一种于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，即采用5G技术、物联网、云计算、人工智能技术的水环境“5G数据+”管理平台框架，可实现指导流域水环境智能化、精细化管理、评估与决策。
如图1所示，本发明实施例的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，包括：水环境大数据物联网感知系统1、水环境综合管理数据库2、水环境综合模拟系统3和水环境智慧化管理系统4。
具体的，水环境大数据物联网感知系统1：通过部署水质微型监测站、无人机、无人船等，结合人工或自动测站的监测方式，并部署反馈及发布设备，基于5G传输技术和物联网技术，组成精细化水环境监控网络，构建水环境大数据物联网感知系统1。
具体的，水环境大数据物联网感知系统1，包括监测设备和信息反馈及发布设备，通过5G网络技术传输海量监测数据和反馈及发布数据。
在本发明的实施例中，采用多源异构数据集成技术构建的水环境大数据物联网感知系统1。
在本发明的另一个实施例中，监测设备包括：水质微型监测站、无人机、无人船等。需要说明的是，监测设备不限于上述举例，还可以包括其他监测设备，在此不再赘述。
即，水环境大数据物联网感知系统1是通过部署水质微型监测站，结合无人机、无人船等新型监测方式，组成精细化的水环境监测网络，并部署反馈及发布设备，借助5G网络解决海量监测数据传输的问题，基于多源异构数据集成技术构建的水环境大数据物联网感知系统1。
水环境综合管理数据库2：包括数据库和前后预处理模块，用于存储并处理通过水环境大数据物联网感知系统1监测的水环境相关数据、水环境综合模拟系统3的模拟结果、水环境智慧化管理系统4的分析结果。
参考图3，水环境大数据物联网感知系统1采集的水环境相关数据均存入水环境综合管理数据库2，经过前处理生成驱动水环境综合模拟系统3所需格式的数据，输入水环境综合模拟系统3进行模拟、预报，所得模拟和预报结果经过后处理存入水环境综合管理数据库2，再经过前处理生成驱动水环境智慧化管理系统4所需格式的数据，输入水环境智慧化管理系统4进行分析和评价，所得分析、评价和决策结果经过后处理存入水环境综合管理数据库2，并通过水环境大数据物联网感知系统1进行预警和决策信息发布，各相关部门和公众再通过水环境大数据物联网感知系统1对预警和决策信息进行反馈，所得到的反馈信息再次存入水环境综合管理数据库2中，再经过前处理发送给水环境智慧化管理系统4进行智能分析，从而对预警和决策进行修正和补充。
在本发明的实施例中，水环境综合管理数据库2：涵盖水文、水资源、水环境、气象、部门和公众反馈信息等多数据来源。
具体的，水环境综合管理数据库2存储的水环境相关数据，来自水文和水环境监测站、物联网实时监测设备、网络爬虫多源多类型多尺度的软硬技术设备，以及水环境综合模拟系统的模拟结果和水环境智慧化管理系统的分析结果，数据广度包括环境属性(活动行为和环境要素)、信息属性(来源、内容及表现形式)、时空定位属性(时间特征、时效特征和空间范围)等维度。
水环境综合模拟系统3通过嵌套多种陆域水文和水质模型，耦合适用于不同类型水体(如：河道、湖库等)的水动力-水环境模型，进行从流域到水体多尺度、全过程的水量、水质与水生态过程动态模拟，基于云计算技术提供水环境信息的模拟和预报，然后将模拟/预报得到的水环境模拟及预报数据信息，发送至水环境综合管理数据库2进行存储。
具体的，水环境综合模拟系统3基于一种或多种不同类型和不同尺度的水文模型、水动力模型、水质模型，采用嵌套和耦合等方式，适用于云计算的水环境综合模拟系统3，实现常态水环境模拟和突发水污染事件的应急模拟和预报。
水环境智慧化管理系统4：基于水环境综合模拟系统3的模拟和预报结果，采用人工智能大数据挖掘方法、相关分析和多目标决策方法进行分析和决策，将分析和评估决策的结果发至水环境大数据物联网感知系统1进行发布，并对反馈信息进行智能分析，对分析和评估决策进行修正和补充，实现高效的应急预警、快速溯源和评估决策，提高决策能力并实现自动化监控监管。
具体的，参考图3，水环境智慧化管理系统4基于人工智能方法，对模拟和预测所得数据信息进行分析评估，并生成决策信息，传输给水环境大数据物联网感知系统1，向相关部门及公众进行信息发布，并通过水环境大数据物联网感知系统1收集反馈信息，所得到的反馈信息再次存入水环境综合管理数据库2中，再经过前处理发送给水环境智慧化管理系统4进行智能分析，从而对预警和决策进行修正和补充。
综上，本发明通过整装基于物联网的数据监测及信息发布、基于5G技术的数据传输和多设备接入、基于云计算的多类型多尺度模型的综合模拟、基于人工智能方法的即时智能管理，即采用物联网监测水环境实时变化，借助5G网络实现实时数据高效传输和多设备接入，利用云计算和多模模拟技术实现高效应急预报，通过人工智能管理评估分析预报结果实现快速溯源、应急预警、决策支持，再通过物联网及时发布预报预警信息，组成一套适用于水环境智能化管理的“5G数据+”平台框架，如图2所示。
根据本发明实施例的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，通过整装基于物联网的数据监测与信息发布、基于5G技术的数据传输和多设备接入、基于云计算的多类型多尺度模型的综合模拟、基于人工智能方法的即时智能管理，即采用物联网监测水环境实时变化，借助5G网络实现实时数据高效传输和多设备接入，利用云计算和多模模拟技术实现高效应急预报，通过人工智能管理评估分析预报结果实现快速溯源、应急预警、决策支持，再通过物联网及时发布预报预警信息并接收相关部门和公众的反馈意见，组成一套适用于水环境智能化管理的“5G数据+”平台框架，可以全面提升环境监测、智慧管理、智能交互的整体水平，为水环境管理决策提供多层次和多功能的智慧服务。本发明弥补了传统水环境监管平台的空白，是对流域水环境综合监测与管理这一重大科学问题的初步探索，对5G技术与物联网的业务融合又是一个重大推进，推动水环境监测与管理技术的发展，支撑流域水环境监管，对未来该领域的相关研究工作具有一定的指导借鉴作用，具有重要的科学价值，对我国水污染防治工作具有重要指导意义，同样具有十分重要的生态价值和现实意义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (7)
1.一种基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，其特征在于，包括：水环境大数据物联网感知系统、水环境综合管理数据库、水环境综合模拟系统和水环境智慧化管理系统，其中，
所述水环境大数据物联网感知系统：通过部署监测设备，结合人工或自动测站的监测方式，并部署反馈及发布设备，基于5G数据传输技术和物联网技术，组成精细化水环境监控网络，构建水环境大数据物联网感知系统；
所述水环境综合管理数据库：包括数据库和前后预处理模块，用于存储并处理通过水环境大数据物联网感知系统监测的水环境相关数据、水环境综合模拟系统的模拟结果、水环境智慧化管理系统的分析结果；
所述水环境综合模拟系统：通过嵌套多种陆域水文和水质模型，耦合适用于不同类型水体的水动力-水环境模型，进行从流域到水体多尺度、全过程的水量、水质与水生态过程动态模拟，基于云计算技术提供水环境信息的模拟和预报；
所述水环境智慧化管理系统：基于水环境综合模拟系统的模拟和预报结果，采用人工智能大数据挖掘方法、相关分析和多目标决策方法进行分析和决策，并将分析和评估决策的结果发至水环境大数据物联网感知系统进行发布，并对反馈信息进行智能分析，实现高效的应急预警、快速溯源和评估决策，提高决策能力并实现自动化监控监管。
2.如权利要求1所述的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，其特征在于，所述水环境综合管理数据库存储的水环境相关数据，来自水文和水环境监测站、物联网实时监测设备、网络爬虫多源多类型多尺度的软硬技术设备，以及水环境综合模拟系统的模拟结果和水环境智慧化管理系统的分析结果。
3.如权利要求1所述的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，其特征在于，所述水环境大数据物联网感知系统，包括监测设备和信息反馈及发布设备，通过5G网络技术传输海量监测数据和反馈及发布数据。
4.如权利要求3所述的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，其特征在于，采用多源异构数据集成技术构建的水环境大数据物联网感知系统。
5.如权利要求1所述的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，其特征在于，所述监测设备包括但不限于：水质微型监测站、无人机、无人船。
6.如权利要求1所述的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，其特征在于，所述水环境综合模拟系统基于一种或多种不同类型和不同尺度的水文模型、水动力模型、水质模型，采用嵌套和耦合方式，适用于云计算的水环境综合模拟系统，实现常态水环境模拟和突发水污染事件的应急模拟和预报。
7.如权利要求1所述的基于5G及物联网的人工智能云计算水环境管理平台，其特征在于，所述水环境智慧化管理系统基于人工智能方法，对模拟和预测所得数据信息进行分析评估，并生成决策信息，传输给水环境大数据物联网感知系统，向相关部门及公众进行信息发布，并对反馈信息进行智能分析，从而对预警和决策进行补充和修正。
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